MIGHTR: Ekonomiyi Karbondan Arındırmak İçin Yeni Nükleer Santrallerin İnşasının Hızlandırılması
Tarafından
İklim Değişikliğine Karşı İki Yönlü Bir Kampanya Yürütmek
MIGHTR ile MIT Doktora öğrencisi W. Robb Stewart, ekonomiyi karbondan arındırmaya yardımcı olmak için yeni nükleer santrallerin inşasını hızlandırmayı hedefliyor.
Nükleer enerji, düşük karbonlu bir geleceğin güvence altına alınmasında çok önemli bir rol oynayacaksa, araştırmacılar yalnızca yeni nesil güçlü ve düşük maliyetli nükleer santraller geliştirmekle kalmamalı, aynı zamanda paydaşlara bu gelişmiş reaktörler arasında akıllı yatırım seçimleri yapmak için araçlar sağlamalıdır. . MIT Nükleer Bilim ve Mühendislik Departmanında (NSE) doktora adayı olan W. Robb “Robbie” Stewart, bu iki problem üzerinde çalışıyor.
Stewart, “Sermaye inşaatı ve işletme maliyetleri, nükleer endüstrinin bu kritik anda genişleme yeteneğini kısıtlıyor ve bu maliyetleri düşüremezsek, nükleerin ekonomiyi karbondan arındırmada büyük bir oyuncu olma şansı yok” diyor. “Bu yüzden tez araştırmamı bir nükleer santral inşa etmenin maliyetlerini ölçen ve farklı reaktör tasarımlarını değerlendirmek için faydalı olabilecek bir tahmin aracına odaklamaya karar verdim” diyor.
Bu hassas maliyet modelleme yöntemi, Stewart’ın tez çalışmasının yanı sıra sürdürdüğü iddialı bir projeye bilgi sağlamaya yardımcı oluyor: Enrique Velez-Lopez SM ’20 ile birlikte MIGHTR adlı modüler, entegre, gaz yüksek sıcaklıklı bir nükleer reaktör tasarlamak ve inşa etmek. Stewart, “Bizim tüm tezimiz… projenin sivil inşaat unsurlarını basitleştirmemiz gerektiğidir” diyor.
Pahalı altyapı
Stewart’ın hem doktora araştırması hem de kendi reaktör geliştirmesi büyük ölçüde merkezi bir endişe tarafından motive ediliyor: “Büyük nükleer santrallerin inşasını yönetmek son derece zor ve maliyet aşımlarına yol açması çok muhtemel” diyor. “Çünkü bu tür inşaatları bu işte iyi olmak için yeterince yapmıyoruz.” Amerika Birleşik Devletleri’nde, yeni ticari tesislerin başlatılmasının önündeki en büyük zorluk, düzenleyici gecikme veya halkın direnişi değil, verimsiz inşaat uygulamaları olduğuna inanıyor.
Stewart, nükleer santrallerin göz korkutucu bina maliyetlerinin üstesinden gelmenin, yakın gelecekte daha fazla tesisi çevrimiçi duruma getirme yolunda en önemli unsur olduğunu düşünüyor. Modelleme aracı, inşaat risklerinin ve ilgili masrafların kesin tahminleri yoluyla bunu daha olası hale getirecektir – bunların tümü, ticari reaktörlerde, basınçlı kaplardan ve yakıttan muhafaza binalarına ve enstrümantasyona kadar ticari reaktörlerde ihtiyaç duyulan binlerce öğenin maliyetlerine ilişkin gerçek ABD Enerji Bakanlığı verilerine dayanmaktadır.
Maliyetleri ölçmek için bu titiz yöntem, küçük, modüler nükleer reaktörler (SMR’ler) gibi yeni nesil nükleer reaktörlere giden yolu yumuşatmayı amaçlamaktadır. Bu tip gelişmiş nükleer reaktör, ekonomik olarak arzu edilen bir montaj hattı tarzında üretilebilir ve daha büyük tesislerin yapmayacağı yerlere sığdırılabilir. MIGHTR gibi bazı SMR’ler de daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilecektir. Bu özellik, onları şu anda sera gazı yayan fosil yakıt tesislerinin hizmet verdiği endüstriyel süreçlere güç sağlamak için benzersiz bir şekilde uygun hale getiriyor.
Ticari (tipik olarak hafif su) nükleer reaktörler, dünyanın karbonsuz elektriğinin yaklaşık üçte birini sağlıyor. Ancak, genellikle 300 santigrat dereceyi aşmayan sıcaklıklarda çalışmalıdırlar, bu da petrokimya üretimi ve diğer güce aç endüstriyel ihtiyaçlar için gereken ısıyı üretemeyecekleri anlamına gelir. Buna karşılık, MIGHTR gibi yeni nesil reaktörler, sıcaklık kadranını 700 C ve ötesine çevirebilir. Stewart, “Endüstriyel proses ısısı, sera gazı emisyonlarının yüzde 10’unu oluşturuyor, bu nedenle gelişmiş bir reaktör seçmek için önemli bir kriter, endüstrilerin karbondan arındırma ihtiyacını karşılayıp karşılayamayacağıdır” diyor.
Modelleme aracı, hangi gelişmiş nükleer tasarımların en iyi yatırım bahsini sunduğunu belirlemeye yardımcı olabilir. Örneğin, bazı SMR’leri inşa etmek için 30 milyon çalışma saati ve diğerleri 8 milyon çalışma saati gerektirebilir. Bazı tesisler, ne kadar elektrik veya ısı sağladığına bakılmaksızın onları çok fazla kumar haline getiren teknolojik belirsizlikler içerebilir. Yatırımcılar, kamu hizmetleri ve politika yapıcılar, kararlarının istenen reaktör özellikleri ve uygulamaları ile reaktörün riski ve fiyat etiketi arasındaki optimal dengeyi sağladığından emin olmalıdır. “Tüm SMR’ler eşit maliyette rekabetçi değildir ve değerlendirme, kaynakların çok daha etkili bir şekilde dağıtılmasına yardımcı olabilir” diyor.
Yeni teknolojilerin modellenmesi
Dallas, Teksas’ta büyüyen Stewart, topluma hizmet etme kapasitesine sahip en son teknolojilere erkenden yöneldi. “Genç yaşta mühendis olmak istediğimi biliyordum ve yeni nesil arabaların veya jet motorlarının ne olabileceğini anlamaya çalışırken popüler kültür bilimini okumayı seviyordum” diye hatırlıyor.
Havacılık ve uzay çalışmaları tarafından cezbedilmesine rağmen, kendi yolunu makine mühendisliğinde bir lisans ve ardından Austin’deki Texas Üniversitesi’nde yüksek lisans öğrencisi olarak buldu. Gaz türbinlerinde ısı transferi üzerine yüksek lisans tezi, doğrudan GE Global Research ile çalışmaya yol açtı. Gaz türbinlerindeki soğutma verimliliğini artırmak ve ardından ticari jet motorlarının ömrünü modellemek ve tahmin etmek için girişimlerde dört yıl geçirdikten sonra, huzursuzlaştı.
Yıllar boyunca, iklim değişikliğinin tehlikeleri hakkında artan bir endişe ve mühendislik uzmanlığını bu meydan okuma konusunda eğitmek için artan bir istek hissetmişti. Stewart, “Yeni bir teknolojinin ön saflarında yer almak istedim ve emeklilik noktasına geri dönüp mühendislik zamanımı ve bilgimi bu büyük soruna adadığımı söylemek istedim” diyor. Bu yüzden makine mühendisliği kariyerini bırakıp MIT’de yeni bir disiplin öğrenmeye karar verdi. NSE’de John Clark Hardwick (1986) Kariyer Geliştirme Profesörü Koroush Shirvan’da çabucak bir akıl hocası buldu. Stewart, “Operasyon ve sermaye maliyetlerinden yeni yakıt ve gelişmiş güvenlik tasarımlarına kadar nükleer endüstrinin karşılaştığı sorunları çözüyor gibiydi” diyor. “Bu bende yankı uyandırdı.”
MIGHTR, Şirvan ve bölümün diğer üyeleri tarafından savunulan çok disiplinli bir perspektiften yararlandı. Yüksek sıcaklıklı gaz reaktörleri için diğer tasarımlar, bileşenlerin 60 metre yüksekliğinde bir yapıda muhafaza edilmesini öngörüyor. Stewart ve ortağı, reaktör çekirdeği ve buhar jeneratörü de dahil olmak üzere tüm yapıyı düzleştirmenin daha kolay olabileceğini düşündüler. Bina yüksekliği, büyük karmaşıklığa ve daha yüksek inşaat maliyetlerine yol açar. Düz tasarım, prekast beton paneller gibi nükleer için yeni olan düşük maliyetli bina tekniklerinden yararlanır.
Stewart, “Fikrimizi bir fakülte toplantısına götürdük, burada taş attılar çünkü güvenliği etkilemeden bina boyutunu diğer HTR’lerden beş kat daha az küçültebileceğimize dair kanıt istiyorlardı,” diye hatırlıyor Stewart. “MIGHTR’ın doğuşu buydu.”
Stewart ve Velez-Lopez o zamandan beri MIGHTR’ı hayata geçirmek için Boston Atomics adlı bir başlangıç başlattı. Ekibin tasarımı geçen Ekim ayında bir patent başvurusunda bulundu ve Aralık ayında ABD Enerji Bakanlığı’nın (DOE) Gelişmiş Reaktör Tasarım Programından 5 milyon dolarlık bir hibe aldı. MIT, Shirvan’ın diğer üniversitelerden ortakları içeren projeyi denetlemesiyle bu girişimin ilerlemesine yardımcı oluyor.
Stewart’ın Fin enerji şirketi Fortum sponsorluğunda nükleer santral maliyet modelleme aracını yaratması ve MIGHTR tasarımının ortak icadı şimdiden takdir topladı: Araştırması birkaç dergide yayınlanmaya başladı ve geçen yıl NSE’nin 2020 Manson Benedict ödülünü aldı. Akademik Mükemmellik ve Profesyonel Vaat Ödülü.
Bugün, hem MIGHTR hem de maliyet modelleme araştırmasında ilerlemeye devam ederken bile, Stewart portföyünü genişletti. MIT Climate Grand Challenges Programında yardımcı amir ve Japonya Çelik Endüstrisi Profesörü Richard Lester’a yardımcı oluyor. “Amaç, sadece karbon azaltımı yoluyla değil, aynı zamanda şehirlerin adaptasyonunu ve dayanıklılığını teşvik ederek ve aşırı hava ile ilgili aşırı iklim koşulları yaşayan bölgelerdeki insanlar üzerindeki etkileri azaltarak iklim değişikliği sorununu çözmede büyük hareketler sağlayabilecek bir avuç güçlü araştırma fikrini belirlemektir. yangınlar ve kasırgalar gibi koşullar” diyor Stewart.
Gelecek yıl doktorasını aldıktan sonra, Stewart kendini Boston Atomics ve MIGHTR’a adamayı planlıyor. Ayrıca, halka ücretsiz olan modelleme aracının, araştırma ve geliştirme paralarını, maliyeti düşürme potansiyeli yüksek nükleer teknolojilere yönlendirmeye yardımcı olacağını ve “insanları yeni reaktör tasarımlarıyla heyecanlandıracağını” umuyor.
.
Gelişmelerden zamanında haberdar olmak için Google News’te Bilim Portal’a ABONE OLUN